一種變頻驅動具有裝入式熱保護的家用電動洗衣機的製作方法
2023-10-04 13:17:49 2
專利名稱：一種變頻驅動具有裝入式熱保護的家用電動洗衣機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種家用變頻洗衣機，主要是經逆變電路驅動裝入式熱保護的多相電動機的家用電動洗衣機，在國際專利分類表中，可屬於D06F33/02。
背景技術：
近年發展起來的家用變頻洗衣機主要是通過逆變電路把來自電網的單相電源轉換成可變壓變頻的對稱三相電源，驅動三相電動機。為了符合電氣安全標準，通常對所述三相電動機設計裝入式熱保護，可見於國家標準GB13002-91《旋轉電機裝入式熱保護旋轉電機的保護規則》。由於三相電動機具有3相電源進線，裝入式熱保護三相電動機通常於其中二相電源輸入各串聯1個熱保護器，以確保一旦需要保護時切斷進入電動機的所有電流。這樣的結構已成為通用的裝入式熱保護三相電動機的典型設計。現有技術家用變頻洗衣機目前主要直接配用這樣的裝入式熱保護三相電動機商品，未充分考慮結合變頻洗衣機的特點以降低成本和改善保護性能。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提出一種變頻驅動具有裝入式熱保護的家用電動洗衣機，其相對於現有技術可以降低成本和工作更可靠。
本發明的技術方案是一種變頻驅動具有裝入式熱保護的家用電動洗衣機，在該洗衣機中，控制電路控制的多相電動機傳動洗衣機械系統；所述控制電路包括來自電網的單相交流電源經過一整流電路轉換成一組直流電源，所述直流電源經過一逆變電路轉換成多相電源，所述多相電源驅動多相電動機；其特徵在於，該多相電動機內裝觸發一開關動作的熱檢測器，所述開關於所述控制電路連接於其動作即停止所述多相電源的輸出的電路。
現有技術變頻驅動的家用電動洗衣機中，不管其電動機是多少相以及因而使用多少相的電源，該多相電源均來自其上遊控制電路內依次的各級電源及其轉換電路，該各級電源均為單迴路，各轉換電路輸出的停止也容易設計為由一個開關信號控制。本技術方案巧妙利用該特點，挖掘已有控制電路的潛能，在無需增加其成本的情況下，使現有技術原有電動機的內裝熱保護器僅一個與已有控制電路相結合，把原熱保護系統改進為內裝熱保護器作為熱檢測器，已有控制電路兼為熱保護控制系統的新形式熱保護系統。該設計使僅一個熱保護器在需要保護時動作，即可完全消除提供給多相電動機的多相電源，結果使變頻洗衣機降低了成本和改善了保護性能，包括
——至少節省1個熱保護器及其安裝的成本；——避免多個熱保護器特性不一致時的問題；——避免熱保護器動作時產生過電壓；——保護範圍擴大至電動機電源上遊的各級電源和轉換電路。
本技術方案的具體設計之一是，所述開關串聯於所述單相交流電源往所述整流電路輸入的迴路。該設計的保護範圍包括電動機電源上遊所有電源和轉換電路。
本技術方案的具體設計之二是，所述開關串聯於所述直流電源往所述逆變電路輸入的迴路。該設計比較適合單相交流電源還有其它使用需要，因而不適合保護切斷的情況。
本技術方案的具體設計之三是，所述整流電路為可控整流電路，所述開關連接於可控整流電路的控制電路。所述開關可以選用較小的容量。
本技術方案的具體設計之四是，所述逆變電路為可控逆變電路，所述開關連接於可控逆變電路的控制電路。該設計比較適合直流電源還有其它使用需要，因而不適合保護切斷的情況。所述開關也可以選用較小的容量。
對於設計之三和設計之四，使用熱敏元件，例如PTC元件，可以體積更小和成本更低。
本發明技術方案和效果將在具體實施方式
中結合附圖作進一步的說明。
圖1是本發明實施例洗衣機系統構成圖；圖2是本發明實施例洗衣機控制電路圖；圖3是傳統技術一種變頻洗衣機電動機驅動系統電路圖；圖4是本發明第1實施例洗衣機電動機驅動系統電路圖；圖5是本發明第2實施例洗衣機電動機驅動系統電路圖；圖6是本發明第3實施例洗衣機電動機驅動系統電路圖；圖7是本發明第4實施例洗衣機電動機驅動系統電路圖。
具體實施例方式
本發明各實施例洗衣機是在傳統技術一種變頻洗衣機的基礎上改造而成。
本發明各實施例洗衣機和所述傳統技術一種變頻洗衣機的整機結構均如圖1所示——在設置於底座上的外箱體1內通過吊杆2可自由擺動地吊置有盛水桶3，在盛水桶3內可自由迴轉地設置有底部帶迴轉攪拌器4的洗滌脫水槽5；——在盛水桶3的底部安裝牽引器排水閥13以及電動機6經皮帶18傳動離合減速傳動機構7驅動迴轉攪拌器4和洗滌脫水槽5；——外箱體1和盛水桶3的上方安裝有頂蓋9；頂蓋9上裝有可自由開閉的機蓋10和水位傳感器14；接收傳感信號並對電動機6等電器進行控制的程序控制器12和進水電磁閥8安裝於洗衣機頂蓋9之內；外箱體1內設置安全開關11，其驅動槓桿位於外箱體1與盛水桶3之間。盛水桶3偏斜至一定程度時可以使安全開關11的觸點接通。藉助與驅動槓桿聯動的結構，安全開關11同時監控機蓋10的啟閉狀態。
以上描述的是傳統的波輪式或攪拌式洗衣機的基本機械結構。
圖2為圖1所示洗衣機的電路框圖程序控制器12包括一單片機U201及其3組I/O口分別控制的驅動電路16；驅動電路16包括一由整流濾波電路和逆變電路組成的調製電路和二路雙向晶閘管；第1組I/O口控制所述逆變電路驅動電動機6，其詳細電路見圖3；第2組I/O口控制一雙向晶閘管，其輸出連接進水電磁閥8；第3組I/O口控制另一雙向晶閘管，其輸出連接牽引器排水閥13；洗滌、漂洗和脫水等方式選擇開關17，水位傳感器14與安全開關11等的輸出連接單片機U201的3個I/O口。
圖3為所述傳統技術一種變頻洗衣機如圖2所示洗衣機電路框圖中電動機驅動系統電路圖——橋式整流器BRD201的交流(AC)輸入端3和2分別連接220V(AC50HZ)的單相交流電源的中性線N和相線L，直流(DC)輸出端1和4連接由電容器225組成的濾波電路，輸出直流母線VDD對地母線的電壓約300V。逆變電路由絕緣柵雙極電晶體IGBT201和IGBT202組成的A相橋，IGBT203和IGBT204組成的B相橋，IGBT205和IGBT206組成的C相橋跨接於直流母線VDD和地母線之間；三相交流電動機(MOTOR)M201的三相電源輸入端子A-phase、B-phase和C-phase分別接往逆變電路同相橋中點；——單片機U201選用型號為ST7FMC1K276，為電動機專用變頻控制晶片，其內部除包括CPU和通用的I/O口等常見單片機結構U201.1外，還有一個波形發生器U201.2。波形發生器U201.2具有控制三相SPWM脈寬的W相寄存器、U相寄存器和V相寄存器，並配置6個由該三相寄存器控制的三相SPWM調製信號開關量輸出口30(定義MC00.HS)、31(定義MC01.HS)、32(定義MC02.HS)、1(定義MC03.HS)、2(定義MC04.HS)和3(定義MC05.HS)號腳，分別經驅動晶片U202、U203、U204、U205、U206和U207(選用型號IR2125)的輸入(IN)輸出(HO)，限流電阻R207、R208、R252、R253、R209和R210，接往各IGBT的G極。單片機U201寫入控制前述二雙向晶閘管和波形發生器以驅動各電器的洗衣機控制主程序和控制波形發生器產生SPWM波形的中斷程序，後者可參考本申請人的在先中國發明專利申請《一種經濟型交流電動機脈寬調製變頻驅動系統》(申請號200510037050)中描述的背景技術；——三相交流電動機(MOTOR)M201於其繞組的端部適當位置綁紮熱保護器Ka和Kb，Ka的動斷觸點串聯於A相繞組引線與A相電源輸入端子A-phasehe之間，Kb的動斷觸點串聯於B相繞組引線與B相電源輸入端子B-phase之間。Ka和Kb均為符合國家標準GB13232-91《旋轉電機裝入式熱保護 熱保護器通用規則》的鎧裝熱雙金屬元件驅動有觸點開關式自復位熱保護器商品。
按以上電路，來自電網的單相交流電源經橋式整流器BRD201整流和電容器225濾波所得直流電源，經單片機U201控制的逆變電路轉換為三相SPWM電壓輸出，驅動三相交流電動機(MOTOR)M201。如電動機過熱至規定溫度，熱保護器Ka的動斷觸點動作，切斷A相電源自輸入端子往A相繞組引線的輸入；Kb的動斷觸點動作，切斷B相電源自輸入端子往B相繞組引線的輸入，三相電流通路完全切斷，電動機因而受到保護。存在的問題是——電動機斷電後，整流濾波電路和逆變電路仍處於工作狀態；——動斷觸點動作時也同時切斷電動機的電感電流經逆變電路的續流通道，容易導致過電壓，損害繞組絕緣和開關觸頭；——熱保護器Ka和Kb的特性不一致時，其中一個熱保護器先動作只切斷電動機的一相端輸入，電動機平均溫度視洗衣機負載情況可能不再上升，另一個熱保護器將不動作，導致電動機以另二相繞組長期單相輸入運行而局部過熱。
本發明第1實施例洗衣機相對所述傳統技術一種變頻洗衣機的修改，主要是由如圖4所示本發明實施例洗衣機電動機驅動系統電路圖取代如圖3所示傳統技術一種變頻洗衣機電動機驅動系統電路圖。比較圖4(圖示各標記的意義與圖3相同)和圖3可見，其差異是，本發明第1實施例洗衣機中——三相交流電動機(MOTOR)M201內省去熱保護器Kb，保留熱保護器Ka；——三相交流電動機(MOTOR)M201內各相繞組引線與各相電源輸入端子直接連通；——熱保護器Ka的動斷觸點(自電動機內引出連接線)插入單相交流電源的相線L和橋式整流器BRD201的交流(AC)輸入端2之間。
按照該設計，三相交流電動機(MOTOR)M201一旦發生過熱時，熱保護器Ka的動斷觸點動作，切斷單相交流電源的輸入，整個電動機驅動系統即停止工作，受到最完全的保護。
本發明第2實施例洗衣機電動機驅動系統電路如圖5所示。比較圖5(圖示各標記的意義與圖4相同)和圖4可見，本發明第2實施例洗衣機相對於第1實施例的差異是熱保護器Ka的動斷觸點改為插入橋式整流器BRD201的直流(DC)輸出端1和輸出直流母線VDD之間；該觸點動作即切斷整流器BRD201向直流母線VDD的供電通道，逆變電路不能工作，停止產生三相SPWM電壓，逆變電路和電動機因而受保護。
本發明第3實施例洗衣機電動機驅動系統電路如圖6所示。比較圖6(圖示標記除增加單向晶閘管KG外，其餘標記意義與圖4相同)和圖4可見，本發明第3實施例洗衣機相對於第1實施例的差異是增加單向晶閘管KG，其二主電極沿正向插入橋式整流器BRD201的直流(DC)輸出端1和輸出直流母線VDD之間構成可控整流電路，熱保護器Ka的動斷觸點連接晶閘管KG的控制極與單片機中U201.1的I/O口MCIA/PB1，該I/O口向晶閘管KG提供可控整流觸發信號；該觸點動作即切斷晶閘管控制極的控制信號，可控整流電路停止工作，逆變電路也不能工作，停止產生三相SPWM電壓，逆變電路和電動機因而受保護。
本發明第4實施例洗衣機電動機驅動系統電路如圖7所示。比較圖7(圖示標記除增加電阻R1、R2和電容器C1外，其餘標記意義與圖4相同)和圖4可見，本發明第4實施例洗衣機相對於第1實施例的差異是單片機中U201.1的I/O口MCIA/PB1經電阻R1接往單片機201的+5V電源，該I/O口經電阻R2和電容器C1的並聯組合接地母線，並在產生SPWM波形的中斷程序(可參考本申請人的在先中國發明專利申請《一種經濟型交流電動機脈寬調製變頻驅動系統》(申請號200510037050))中增加「當MCIA/PB1為0時，6個SPWM調製信號開關量輸出口均為0」的步驟；電阻R1採用適當特性的PTC元件，如現有技術熱保護器的安裝一樣，綁紮於電動機繞組端部適當位置。R2和電容器C1採用適當數值，以抑制幹擾。按該設計，如電動機過熱至規定溫度，電阻R1由低阻變為高阻，I/O口MCIA/PB1由1電平變為0電平，6個SPWM調製信號開關量輸出口均為0電平，逆變電路停止產生三相SPWM電壓，電動機因而受保護。
以上設計，電動機始終連接於逆變電路，保持有電感電流續流通道，可避免過電壓發生，並且由於只使用一個元件，也就不存在傳統技術使用多元件特性不一致導致的問題。
以上實施例只說明了使用三相電動機，但有關設計也適用於使用同樣是三線端輸入的二相電動機(可見於本申請人的發明專利ZL00131018《變頻驅動的洗衣機》)的情況。若使用三相以上的電動機，本設計將有更顯著的改進效果。
本設計除用于波輪式或攪拌式洗衣機外，也可以用於滾筒式洗衣機等電動洗衣機。
權利要求
1.一種變頻驅動具有裝入式熱保護的家用電動洗衣機，在該洗衣機中，控制電路控制的多相電動機傳動洗衣機械系統；所述控制電路包括來自電網的單相交流電源經過一整流電路轉換成一組直流電源，所述直流電源經過一逆變電路轉換成多相電源，所述多相電源驅動多相電動機；其特徵在於，該多相電動機內裝觸發一開關動作的熱檢測器，所述開關於所述控制電路連接於其動作即停止所述多相電源的輸出的電路。
2.按照權利要求1所述洗衣機，其特徵在於所述開關串聯於所述單相交流電源往所述整流電路輸入的迴路。
3.按照權利要求1所述洗衣機，其特徵在於所述開關串聯於所述直流電源往所述逆變電路輸入的迴路。
4.按照權利要求1所述洗衣機，其特徵在於所述整流電路為可控整流電路，所述開關連接於可控整流電路的控制電路。
5.按照權利要求1所述洗衣機，其特徵在於所述逆變電路為可控逆變電路，所述開關連接於可控逆變電路的控制電路。
6.按照權利要求4或權利要求5所述洗衣機，其特徵在於所述開關為PTC電阻。
全文摘要
一種變頻驅動具有裝入式熱保護的家用電動洗衣機，在該洗衣機中，控制電路控制的多相電動機傳動洗衣機械系統；所述控制電路包括來自電網的單相交流電源經過一整流電路轉換成一組直流電源，所述直流電源經過一逆變電路轉換成多相電源，所述多相電源驅動多相電動機；其特徵在於，該多相電動機內裝觸發一開關動作的熱檢測器，所述開關於所述控制電路連接於其動作即停止所述多相電源的輸出的電路。該設計相對於現有技術可以降低成本和改善保護性能，包括至少節省1個熱保護器及其安裝的成本，避免多個熱保護器特性不一致時的問題和熱保護器動作時產生過電壓，保護範圍可擴大至電動機電源上遊的各級電源和轉換電路。
文檔編號D06F33/02GK1937399SQ20051003757
公開日2007年3月28日 申請日期2005年9月23日 優先權日2005年9月23日
發明者區長釗, 朱健昭, 卓春光 申請人:江門市洗衣機廠